- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

层流气体雾化制备的金属粉末具有粒径较小且粒度分布窄的优点, 目前对层流气体雾化的研究主要集中在工艺参数对雾化效果和粉末特性的影响, 其雾化机理仍不完全清楚. 本文通过数值模拟和实验分析, 系统地研究了层流气体雾化过程中的雾化气体流场、一次雾化和二次雾化机理以及最终的粉末颗粒形态. 采用标准 k- ε湍流模型, 研究了基于De Laval喷嘴的层流雾化单相气体流场, 流场呈“项链”状结构, 并伴有斜激波的膨胀波团. 采用耦合水平集-体积分数法研究了一次雾化和二次雾化机理, 并通过雾化实验得到了凝固碎片和粉末, 验证了该模型的有效性, 数值模拟结果也为层流气雾化制粉技术的实际应用和具体工艺提供了重要参考. 研究表明, 液柱周围的熔体主要以细丝或韧带的形式剥离, 这显示出了增压低维度雾化的特点. 二次雾化过程中球形液滴主要基于Rayleigh-Taylor不稳定变形和Sheet-Thinning破碎模式分解破碎, 丝状熔体则主要以曲张波表面发生扰动从而引起波谷处破裂的方式进行破碎.

关键词:

Abstract

Metal powders prepared by laminar flow gas atomization have the advantages of small particle size and narrow particle size distribution. At present, the research on laminar flow gas atomization mainly focuses on the influence of process parameters on atomization and powder characteristics, but the atomization mechanism of laminar flow gas atomization is still not clear. In this work, the atomization gas flow, primary and secondary breakup mechanism, and particle morphology of the laminar flow gas atomization process are systematically investigated through numerical simulation and experimental analysis. The characteristics of single-phase atomization gas flow through the De Laval nozzle are studied using the standard k-εturbulence model. The flow field structure shows a “necklace”-like structure with an expansion wave cluster of oblique shock. The primary and secondary atomization mechanism are investigated using the coupled level-set and volume-of-fluid model, which is validated by solidified fragments and powders after the atomization experiment, and results of the numerical simulation also provide some important advices for the application and specific process of laminar gas atomization technology. The studies indicate that the melts at the periphery of the liquid column are mainly peeled off by filaments or ligaments, which exhibits the small dimension and pressurized melt atomization characteristics. The secondary atomization is mainly based on the disintegration of spherical droplets in the mode of Rayleigh-Taylor instability deformation and sheet-thinning breakup. The simulation results also show that increasing the gas pressure and melt superheat can effectively reduce the probability of irregular powders to occur. The AlSi10Mg powders are obtained under a pressure of 2.0 MPa in the experiment on gas atomization, and the properties of the powders are analyzed. The results show that the powders have good sphericity and flowability, and the proportion of hollow powders is very low. In addition, the mean particle size of the AlSi10Mg powders is 54.3 μm, and the yield of fine powders reaches 48.7%, which is greatly improved compared with the traditional gas atomization processes. Moreover, about 90% of the powders have particle sizes in a range of 30–100 μm, which indicates that a narrow particle size distribution can be obtained by the laminar gas atomization technology.

Keywords:

laminar flow gas atomization/
primary and secondary atomization/
coupled level-set and volume-of-fluid model/
atomization mechanism

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:陈超越,cchen1@shu.edu.cn

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2018YFB1106400)、国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 52001191)、国家航空发动机和燃气轮机重大专项(批准号: 2017VII00080102)、上海青年科技英才扬帆计划(批准号: 19YF1415900)、上海青年科技启明星计划(批准号: 20QA1403800)和上海市科委基础研究项目(批准号: 19DZ1100704)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Chen Chao-Yue,cchen1@shu.edu.cn

Funds:Project supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFB1106400), the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 52001191), the National Science and Technology Major Project “Aeroengine and Gas Turbine”, China (Grant No. 2017VII00080102), the Shanghai Science and Technology Sailing Program for Young Talents, China (Grant No. 19YF1415900), the Shanghai Rising-Star Program for Young Scientists, China (Grant No. 20QA1403800), and the Shanghai Science and Technology Committee, China (Grant No. 19DZ1100704)

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

参数	数值
入口压力/MPa	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
出口压力/MPa	0.1

下载: 导出CSV

材料	参数	数值
AlSi10Mg	比热容/(J·kg^–1·K^–1)	871
	密度/(kg·m^–3)	2719
	黏度/(kg·m^–1·s^–1)	0.0135
	导热系数/(W·m^–1·K^–1)	202.4
	表面张力/(N·m^–1)	0.854
Ar	比热容/(J·kg^–1·K^–1)	520.64
	导热系数/(W·m^–1·K^–1)	0.0158
	黏度/(kg·m^–1·s^–1)	2.125 × 10^–5

下载: 导出CSV

参数	数值
入口压力/MPa	2.0
出口压力/MPa	0.1
质量流量/(g·s^–1)	20
熔体初始温度/K	1073

下载: 导出CSV

参数	数值
入口速度/(m·s^–1)	400
液滴直径/μm	1000
丝状熔体尺寸/μm	φ50 × 500

下载: 导出CSV

${{\rho } }_{\rm{g} }$	气体密度
t	时间
${{u} }_{{i} }$	$ {x}_{i} $方向上的速度分量
${{u} }_{{j} }$	$ {x}_{j} $方向上的速度分量
${{\mu } }$	动力黏度
${{\tau } }_{{ij} }$	雷诺应力张量
${{S} }_{{i} }$	动量守恒方程的广义源项
${{S} }_{\rm{T} }$	粘性耗散函数
T	温度
K	热导率
k	湍流动能
${{\varepsilon } }$	湍流动能耗散率
${{G} }_{{k} }$	平均速度梯度引起的湍流动能k
${{G} }_{\rm{b} }$	浮力产生湍流动能k
${{Y} }_{\rm{M} }$	可压缩湍流中脉动膨胀
${\mu }_{{t} }$	湍流黏度
${{S} }_{{k} }$, ${{S} }_{{\varepsilon } }$	源项
v	速度矢量
P	压力
${{\tau } }$	粘性应力张量
${{\sigma } }$	表面张力
$ \alpha $	体积相分数
g	重力加速度
${{F} }_{\sigma }$	体积表面张力
${{F} }_{\rm{D} }$	阻力
${{A} }_{\rm{d} }$	液滴最大截面积
${{p} }_{\rm{dg} }$	气体作用在液滴上的压力
${{u} }_{\rm{g} }$	气流速度
${{u} }_{\rm{d} }$	液滴速度
${{\mu } }_{\rm{g} }$	气体黏性系数
${{C} }_{\rm{D} }$	阻力系数
d	特征长度
${{\rho } }_{\rm{d} }$	液滴密度
${{V} }_{\rm{d} }$	液滴体积
${{Re} }$	雷诺数
u	特征速度
${{We} }$	韦伯数

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]

[1]	谭超, 梁勇, 邹敏, 雷同, 陈龙, 唐平华, 刘明伟.基于不同变系数和势场的分数系统中二次相位调控厄米-高斯光束动力学. 必威体育下载 , 2024, 73(13): 134205.doi:10.7498/aps.73.20240427
[2]	王振, 杜艳君, 丁艳军, 吕俊复, 彭志敏.基于CRDS和WM-DAS的宽量程免标定H₂S体积分数的测量. 必威体育下载 , 2022, 71(18): 184205.doi:10.7498/aps.71.20220742
[3]	金烜, 沈赤兵.横向气膜作用下液体射流在近喷孔区域的破碎雾化特性. 必威体育下载 , 2022, 71(11): 114701.doi:10.7498/aps.71.20212374
[4]	刘娟, 李琪.一种水平变化波导中声传播问题的耦合模态法. 必威体育下载 , 2021, 70(6): 064301.doi:10.7498/aps.70.20201726
[5]	魏衍举, 张洁, 邓胜才, 张亚杰, 杨亚晶, 刘圣华, 陈昊.超声悬浮甲醇液滴的热诱导雾化现象. 必威体育下载 , 2020, 69(18): 184702.doi:10.7498/aps.69.20200562
[6]	王嗣强, 季顺迎.椭球颗粒材料在水平转筒内混合特性的超二次曲面离散元分析. 必威体育下载 , 2019, 68(23): 234501.doi:10.7498/aps.68.20191071
[7]	荣松, 沈世全, 王天友, 车志钊.液滴撞击加热壁面雾化弹起模式及驻留时间. 必威体育下载 , 2019, 68(15): 154701.doi:10.7498/aps.68.20190097
[8]	夏敏, 汪鹏, 张晓虎, 葛昌纯.电极感应熔化气雾化制粉技术中非限制式喷嘴雾化过程模拟. 必威体育下载 , 2018, 67(17): 170201.doi:10.7498/aps.67.20180584
[9]	朱光正, 郭连波, 郝中骐, 李常茂, 沈萌, 李阔湖, 李祥友, 刘建国, 曾晓雁, 陆永枫.气雾化辅助激光诱导击穿光谱检测水中的痕量金属元素. 必威体育下载 , 2015, 64(2): 024212.doi:10.7498/aps.64.024212
[10]	宋张代, 张林.二次耦合光力学系统的一类高维可控自持振荡行为. 必威体育下载 , 2013, 62(20): 204204.doi:10.7498/aps.62.204204
[11]	王文元, 杨阳, 蒙红娟, 马莹, 祁鹏堂, 马云云, 段文山.Fermi超流气体在unitarity区域和Bose-Einstein 凝聚区域的自俘获现象研究. 必威体育下载 , 2012, 61(10): 100301.doi:10.7498/aps.61.100301
[12]	刘磊, 费建芳, 黄小刚, 程小平.大气-海浪-海流耦合模式的建立和一次台风过程的初步试验. 必威体育下载 , 2012, 61(14): 149201.doi:10.7498/aps.61.149201
[13]	陆曹卫, 卢志超, 孙克, 李德仁, 周少雄.水雾化制备Fe74Al4Sn2P10C2B4Si4非晶合金粉末及其磁粉芯性能研究. 必威体育下载 , 2006, 55(5): 2553-2556.doi:10.7498/aps.55.2553
[14]	杨弘, 张清光, 陈民.热扰动对过冷熔体中二次枝晶生长影响的相场法模拟. 必威体育下载 , 2005, 54(8): 3740-3744.doi:10.7498/aps.54.3740
[15]	吴健荣.广义系统族的二次稳定与二次镇定. 必威体育下载 , 2004, 53(2): 325-330.doi:10.7498/aps.53.325
[16]	刘启明, 赵修建, 干福熹.Ge-As-S体系玻璃中光学二次谐波发生及其极化机理分析. 必威体育下载 , 2000, 49(9): 1726-1730.doi:10.7498/aps.49.1726
[17]	李乐, 俞公达, 董抒雁, 王恭明, 章志鸣.光学二次谐波法研究银表面吸附吡啶分子的特性. 必威体育下载 , 1989, 38(2): 301-306.doi:10.7498/aps.38.301
[18]	朱昂如, 吴西林.用能化电子效应考察二次离子的发射机理. 必威体育下载 , 1984, 33(10): 1475-1479.doi:10.7498/aps.33.1475
[19]	林金谷, 刘承惠, 朱振和, 赖瑞生, 霍崇儒.用非共线二次谐波法实现对锁模激光器超短脉冲宽度的测定. 必威体育下载 , 1980, 29(3): 406-408.doi:10.7498/aps.29.406
[20]	邹本三, 叶恒强, 吴玉琨, 郭可信.面心立方晶体高次孪晶化为一次旋转对称关系. 必威体育下载 , 1979, 28(3): 297-304.doi:10.7498/aps.28.297

计量

文章访问数:7027
PDF下载量:196
被引次数:0

搜索

留言板